叶片滚轴乒乓球收集机器人

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160人浏览 · 2026-11-08 01:24:10

2602_95676295 · 2026-11-08 01:24:10 发布

开源一个遥控乒乓球收集机器人：STM32F407 + 三叶片收球机构 + 自研 Android 蓝牙控制台

项目地址：https://github.com/pixutian/PingPong-Ball-Collector
开源内容：机械 CAD/STL、Keil 固件工程、Android App 源码与 APK、接线与装配文档
标签：STM32 / 机器人 / 开源 / 嵌入式 / 蓝牙 / 3D 打印

一、为什么做这个

乒乓球训练时，散落在场地上的球需要反复弯腰拾取，效率低、体验差。我们希望做一台低成本、可制造、可复现的收集机器人：先用成熟底盘把“移动 + 收球 + 储球”跑通，再逐步加入视觉与自主能力。

当前开源的是遥控版：操作者通过手机蓝牙控制前进、后退、转向，前端机构把球拨入后置储球箱。带摄像头的自动收集版本（YOLO / OpenCV 路线）正在后续开发中，完成后会继续在本仓库更新。

二、整体方案

系统按“机械—电气—嵌入式—上位机”四层组织：

机械层：自研三叶片拨送机构、左右收拢爪、前壳体、后置储球箱与支架；
电气层：淘宝购置的轮趣 R1 四驱小车底盘（电机、车轮、车底板）+ C30D（STM32F407VET6）主控 + TB6612 叶片驱动；
嵌入式层：200 Hz 四轮速度环、7 档车速、7 档叶片调速、OLED 状态显示；
上位机层：自研 Android 控制台 V3.2（圆盘摇杆、档位加减、停车、状态回传）。

机器人实物

三、机械设计：除底盘外全部自研

收球路径很直接：

左右弧形爪收拢 → 三叶片旋转拨送 → 沿导流面进入后箱储存

主要自研件包括三叶片、左右收拢爪、前壳体、后置储球箱、前挡顶、单/双支架、拱顶、盒盖、叶片轴与地板。

材料选择：

零件	材料	说明
后置储球箱	9600 树脂	强度与韧性平衡
左右收拢爪	3201PA-F	抗冲击、有一定延展性
三叶片	PA12 尼龙	耐摩擦、抗连续冲击
自由端支承	605ZZ 轴承（5×11×5）	降低旋转阻力

紧固件按位置分配（装配用量约 36 套）：

位置	规格	数量
盒盖	M3×10	2
叶片驱动电机处	M3×25	2
前挡顶	M3×7	4
拱顶	M3×6	8
左右夹爪	M3×12	6
其他固定处	M3×10	按需，装配后实测

两个真实的坑

1）前端打印件变形

前壳体、收拢爪这类较大打印件在打印时可能出现翘曲或孔位偏移，装配时与支架干涉。我们的样机就遇到了，现场采用局部断开干涉处 + 铁丝绕孔固定：

局部打断并用铁丝固定

这是临时方案。后续改进方向：优化支撑与打印方向、加厚或增加加强筋、大件分件打印、孔位预留 0.3–0.5 mm 装配余量。

2）导流爪与叶片之间卡球

球可能卡在导流爪与叶片扫掠面之间的空隙，影响连续收球。当前在左右导流爪上加装弯折铁丝隔断，阻断容易卡球的位置：

导流爪铁丝隔断

后续改进建议延长导流爪的直杆段，减小该处空隙，并让爪内侧与叶片扫掠面更连续。

四、电气与接线

底盘为淘宝购置的轮趣 R1 小车底盘，主控为轮趣 C30D（STM32F407VET6）。叶片电机是 5 V 直流电机，通过 TB6612FNG 驱动：

连接	说明
C30D `PC6`（TIM8_CH1）→ TB6612 `PWMA`	叶片调速 PWM
C30D `3V3` → TB6612 `STBY`	使能
C30D `5V` → TB6612 `VM`	叶片电机电源
`AIN2` → GND	固定方向
`AO1/AO2` → 叶片电机	转向按需对调
蓝牙模块 TXD/RXD → `PD6/PD5`	USART2，9600 8N1，交叉连接

上电前先用万用表确认 5 V / 12 V 无短路；首次测试架空车轮。

五、固件设计

固件是完整的 Keil 工程（firmware/Fusion_OpenCar），核心结构：

App/：档位管理、方向映射、四轮 PI、蓝牙帧解析、主循环；
Hardware/：电机 PWM、编码器、ADC、OLED、IMU、串口；
Driver/：ST 标准外设库（原样保留，按 ST 许可使用）。

关键参数：

项目	值
控制周期	TIM7 5 ms（200 Hz）
编码器	30 减速比 × 13 线 × 4 倍频 = 1560 计数/圈
速度环	增量式 PI，Kp=5.0，Ki=1.6
底盘档位	7 档，`400 ± 100 r/min`（100–700）
叶片档位	7 档，`70%–100%`，每档 5%
叶片 PWM	TIM8，ARR=9999，约 16.8 kHz

档位换算：

/* 底盘：第 3 档为中间档，越界回落 */
SpeedSet = 400 + (gear - 3) * 100;

/* 叶片：第 3 档 85%，上电第 6 档 100% */
duty = 100 - (6 - gear) * 5;

X/Y（底盘）与 T/U（叶片）在固件侧有 200 ms 去抖：按住连发时，两次按键间隔小于 200 ms 的会被忽略。这一点在写上位机时一定要注意。

六、Android 控制台

自研 App（app/，包名 com.pxt.carcontrol，V3.2）不是串口调试器，而是按操控台设计的：

圆形方向盘：8 个 45° 扇区，带死区与扇区高亮，松手立即停止；
底盘/叶片各一条 7 点档位条，加减键支持按住连发；
独立“停止”按钮；
解析车端 {A/B/C/D} 状态帧，显示轮速、电量、航向；
260 ms 指令队列：避开固件 200 ms 去抖，避免“App 加一档、车端没加”；
自动选中名称含 HC / JDY / BT 的已配对设备。

App 操作	发送	固件行为
圆盘 8 方向	`A`–`H`	`dirkey = recv - 0x40` → 1–8
松手 / 停止	`S`	落入 `default`，四轮目标清零
底盘＋/－	`X` / `Y`	7 档循环升降
叶片＋/－	`T` / `U`	7 档循环升降，每档 5%

指令均为单字节、无换行；用第三方串口工具调试时不要勾“发送新行”。

Android 控制台

七、实地测试

在木地板与球台旁做了实地收球测试：机器人从场地一侧出发，前端左右收拢爪把散球聚向入口，三叶片旋转拨入后置储球箱。下面两张为现场实拍：

实地测试：前端收拢与后箱集球

图：场地实测——前端收拢爪把球聚向入口，后箱已收集到球

实地测试：球台旁收球

图：球台旁实测——散球被导入前端，叶片拨送进箱

八、成本

第五周补充采购与加工合计 499.39 元：

类别	金额（元）	占比
3D 打印件	414.08	82.9%
紧固件	44.60	8.9%
电控与驱动（TB6612×2 + 运费）	14.80	3.0%
尼龙扎带及运费	12.58	2.5%
线材	10.87	2.2%
轴承 605ZZ	2.46	0.5%

3D 打印是成本主体，其中车前端（120.64）与后备箱（127.01）两件大件合计 247.65 元，约占物料成本一半。降本可以从三处入手：打印件合并排版/减薄壁厚、非受力件换材料、紧固件与扎带按整包采购。

以上不含赛前采购的 C30D 主控板、底盘套件与锂电池，也不含人工与设备折旧。

九、开源了什么

PingPong-Ball-Collector/ ├─ firmware/Fusion_OpenCar/ # 完整 Keil 工程（App / Hardware / Driver） ├─ app/ # Android 源码 + 已签名 APK + 构建脚本 ├─ hardware/ # BOM、装配说明、CAD 源文件、STL、工程图 ├─ docs/ # 协议、接线、快速上手、兼容性、排障 ├─ media/ # 实物、装配、接线、问题特写 ├─ README.md / README.zh-CN.md └─ LICENSE* # MIT / CERN-OHL-P-2.0 / CC BY 4.0